Ag/TiO2纳米材料的制备及抗菌、抗螨性能和机理研究

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纳米银具有广谱的抗菌性能,在生物医药抗菌材料中占据绝对的主导地位。但单独的银纳米颗粒不仅制备困难、易被氧化、易团聚、生产成本高,而且银纳米颗粒毒性大,极大的限制了其使用范围。为了克服这些缺点,开发Ag纳米复合材料成为当今热点课题之一。本论文以具有高效催化活性的锐钛型TiO2作为光催化载体,应用光催化还原法成功制备了Ag/TiO2(ATA)纳米复合材料。本文采用光催化法制备了ATA,并采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)观察ATA纳米颗粒的表面形貌,用能谱仪分析了ATA抗菌剂的元素组成,用X射线衍射仪(XRD)分析了ATA抗菌剂的晶体结构,用紫外可见分光光度计(UV-vis)分析了抗菌剂的光学性能。还研究了不同p H条件下的ATA的稳定性。p H、光催化时间对光催化还原速率和ATA粒径的影响。采用全自动生长曲线仪比较研究Ag、ATA、TiO2对7种常见致病菌的最低抑菌浓度(MIC),并对ATA的抗菌机理进行了初步的探索。首次采用ATA样品与屋尘螨直接接触的方法研究了ATA的抗螨活性,并采用体视显微镜、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)等表征手段表征ATA作用前后屋尘螨的结构变化,结合作用前后屋尘螨的NO、总谷胱甘肽(GSH)、脂质氧化(MDA)水平的变化关系研究,进一步探索了ATA的抗螨作用机制。得出以下研究结论:1.制备的ATA纳米粒径小,稳定性好,对所研究的7种细菌的MIC均低于16μg/ml,ATA中Ag的浓度约为单质Ag的MIC的1/2-1/3,节约了Ag的使用成本。2.抗菌机理研究发现,经过ATA处理4 h后,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的相对膜电位显著下降,且随着ATA浓度的增加,相对膜电位下降趋势更加明显。同时,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的总一氧化氮(NO)浓度明显增加,经ATA处理4 h后,NO浓度分别增加了1.3倍和0.56倍。3.首次研究发现ATA对屋尘螨具有强大的杀螨活性。ATA浓度为30μg/cm2时,24 h的抗螨率为98%。通过体式显微镜、SEM观察经过ATA处理前后屋尘螨的表面形貌,发现屋尘螨的躯体逐渐皱缩、鄂体发生凹陷、前足吸盘关闭、表面条纹凹凸扭曲、生殖器和肛门的结构发生了破坏。通过AFM分析发现经过ATA处理后,处理组屋尘螨的杨氏模量降低了2/3左右。通过FT-IR检测经ATA处理前后屋尘螨表面化学结构,发现体壁的脂质、蛋白质和多糖的结构发生变化。通过屋尘螨的组织切片发现,经过ATA处理后,屋尘螨的线粒体、内质网等细胞器结构被破坏,出现很多空泡,这也解释了屋尘螨形貌变化和杨氏模量变化的原因。此外,通过检测发现处理组屋尘螨的脂质过氧化水平略微上升,而NO浓度上升了116%,具有解毒性质的GSH浓度只有对照组的28.5%,说明屋尘螨死亡可能是由于体内NO的毒性增加和排毒解毒能力降低导致。4.通过细胞毒性实验、溶血性实验和小鼠急性毒性实验研究了ATA纳米材料的生物相容性。研究发现,8μg/ml的ATA处理小鼠成纤维细胞24 h,细胞存活率约为80%,而相同浓度的单质Ag处理后,细胞几乎全部死亡,这表明Ag和TiO2复合的ATA大大减少了Ag的细胞毒性。溶血性实验表明随着ATA浓度的增加,溶血性不断增加,但低于24μg/ml的ATA的溶血性都低于5%,且红细胞保持正常形态。表明ATA在正常使用条件下是无明显溶血性的。另外,通过给Balb/c小鼠灌胃,最高灌胃剂量为600 mg/kg,小白鼠没有出现异常行为和死亡现象,体重也保持正常。对小白鼠的心、肝、脾、肺、肾、胃、小肠进行组织切片观察,没有发现病变的组织和发生炎症的细胞。表明ATA是一种较为安全、可靠的抗菌纳米材料。
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